基于BIM技術的裝配式鋼結構住宅模塊化設計研究

陳鵬 陳果

摘 要：隨著我國建筑市場的不斷發展和進步，傳統粗放式發展方法和經濟管理模式正在逐漸突出，其存在的諸多問題如：資源的利用、環境污染、生產效率、施工安全等。為了解決這些問題，國家正在大力發展新型裝配式建筑。該鋼結構建筑具有了輕質高強、清洗環保、施工迅速、綜合造價相對較低等優點，符合了裝配式建筑的高效、快速、簡單、安全、綠色、環保要求。

關鍵詞：BIM;模塊化設計;裝配式鋼結構

1BIM技術的基本概念

BIM技術主要是采用三維數字信息技術，通過融合涉及到設計單位、施工單位、構件生產單位、監理單位等關于整個工程項目全生命周期內的各種相關信息并加以深化整理，建立系統化、多元化的結構信息數據平臺，利用虛擬仿真技術構建結構模型，通過數據模型的建立和運行，以便發現各專業部分在不同階段可能出現的各種問題，協調業主、設計方、施工方、監理方、材料供應商等多部門的工作，對優化結構設計、降低項目成本、縮短施工工期、提升建筑質量等多方面都能起到巨大的作用。BIM技術的利用，讓工程設計更具科學性、規范性、可行性，為技術人員提供了新的設計、管理思路。

2裝配式鋼結構住宅的主要問題

2.1基于PC結構理念的鋼結構住宅設計

目前國內建筑行業的工業化主要有預制鋼筋混凝土裝配式結構與鋼框架結構兩種。盡管我國的建筑行業工業化已經取得了長期的進步，但即便是大城市，工業化的生產率也并非低。目前，我國的建筑行業依然還是以粗放型建筑為主，建設標準化的工作進展比較滯后，對相應零部件的標準化、通用性程度較低，新型建筑的結構制造體系仍然是處于探索階段，出現了許多PC建筑工業化的體系，都未經過市場的充分審批，但都沒有少數示范性項目。由于鋼結構住宅工業化的建筑設計在當時我國起步較晚，很多家庭住宅的設計尚是根據傳統PC結構進行設計，導致其所建造的戶型開間進深、尺寸沒有形成少規格多組合的原則，不能夠適合于工業化的建設與發展。很多住宅設計還是根據傳統的PC結構設計，導致建造的戶型開間進深、尺寸沒有形成少規格多組合的原則，不適合工業化的發展。

2.2部品部件規格不統一

在進行鋼結構體系設計時，沒有按照模塊化的標準進行設計，導致構件的尺寸規格較多，工廠加工作業增加，運輸到施工現場時需要進行裁剪，不僅耗費了大量的鋼材和人力，而且墻板的安裝在水平、豎直方向排列不統一。構件規格較多增加了建筑的成本，降低了建筑本身的美觀性。由于部件沒有按照模數協調設計，造成構件在施工現場堆放隨意，種類太多、規格復雜，降低了施工安裝質量。部件的互換性較低，與建筑設計匹配性差，部件不能大規模地生產，降低了生產效率，不利于構件的標準化、通用化生產。

2.3缺少全裝修和設備一體化的集成化設計

目前我國的裝配式建筑還仍然處于發展的初級階段，結構、零部件、機電器具、裝配施工、室內裝飾和建筑裝修等方面的一體化集成設計技術能力存在嚴重欠缺，設計人員對于裝配式建筑的技術、質量、效率、經濟效益等方面的總體可靠性控制認識不夠。設計的標準化水平較低，模塊化的設計應用較少，而且建筑信息模型技術正被廣泛應用到了裝配式建筑設計這個領域。未能做到全裝修設計和施工一體化，裝修、主體框架結構施工、機電器具安裝等各個環節的銜接較為順暢。標準化、集成化、模塊化裝修設計、施工方案等亟待探索和推進，整體廚衛、輕質隔墻等新型材料、生產車間及設備的管線集成化技術的應用也亟待提高。

3基于BIM技術的模塊化設計方法

3.1戶型庫的建立

常見的戶型有臥室、客廳、廚房、衛生間等功能模塊組成，根據部件的精細化設計能夠確定模塊的大致尺寸，在考慮模數協調的基礎上，提出幾種通用的功能模塊。同時，不同的功能模塊之間能夠相互組合，形成不同的戶型。就現代建筑戶型而言，經過長期淘汰與篩選，人們對戶型的需求已經比較明顯。利用BIM技術可以建立建筑戶型模型，形成通用的戶型庫。設計師要保證戶型內各功能的合理劃分、結構的合理布置以及水電暖等設備的合理安裝。

3.2戶型的平面組合

戶型間設計主要是考慮戶型與戶型組合形成建筑單元時的連接問題。戶型內設計完成了內部功能空間的劃分，戶型之間組合才能形成完整的建筑模型。戶型在連接時需要考慮墻、柱的重合問題，所以前期通用功能模塊的設計為戶型間的組合提供了基礎。戶型與戶型之間組合方式有連接組合和重合組合，在建筑、結構方面的組合主要是重合組合，其他設備主要是連接組合。建筑、構造戶型中主要相互重合的組成部分為內墻、內外隔墻、柱子及剪力墻。解決這種戶型重合的主要途徑之一就是：盡量刪除與其他重合的部位構件，保留其中比較長的一個。

3.3標準層的創建

樓層的標準層不僅包括戶型之間的組合，還包括交通模塊與戶型的組合。一個完整的房屋標準層應該是由戶型、樓梯、電梯、前室、走廊、電梯井等組成，還有一些不符合標準的結構。在建筑設計中，不僅需要有一些標準化的功能模塊，還要配備一些不符合標準要求的構造。只有將這些層次組合在一起，才能建立一個完整的房屋標準層。標準層設計時，戶型通常對稱布置。戶型對稱設計，使得結構柱網更規整，規則性的柱網設計就是我們應該盡量去實現的一種安全穩態。在建筑設計時，先完成標準層的設置，其他的樓層可根據標準層進行簡單的變化。

3.4整體建筑的協同設計

整體建筑的協同設計是將建筑的首層、標準層等其他部分組合起來，使得各樓層形成一個整體樓層。同時，在連接各部分樓層時，要保證建筑、結構等各專業整體的協調性。建筑的整體協同設計包括各專業內的協同性以及專業間的協同性。專業內的協同性要依據建筑相關標準、規范進行合理的設計，專業間的協同性要避免建筑、結構等不同專業設計時發生碰撞。建筑的協同設計有利于各專業技術人員之間的信息交流，減少了建筑設計中可能出現的各種問題。加強了建筑過程信息化的共享，避免了可能出現建筑過程信息化的孤島，加強了從技術研究產品開發過程到產品設計、制造、物流、裝配，以及對建筑信息化工程技術工作進行了全整個流程的互聯貫通，提供了一個完整的建筑過程工業信息系統和一個建筑過程工業整體性信息解決問題方案。

結語

本文通過對基于BIM的建筑模塊化設計在建筑裝配式鋼結構住宅中的實際使用進行分析，可以了解和得出BIM模塊化技術的實際使用情況，這將更好地促進了建筑裝配式的鋼結構住宅和建筑工業化的完美融合，能夠合理地推動建筑物和住宅的有效轉型以及經濟社會發展，并且更好地幫助企業和社會進行節能低碳減排，獲得了技術創新，同時也幫助了企業為自己開拓市場，繼而加速了中國房地產行業整體發展速度，同時也促進了我國建筑行業的健康可持續發展。

參考文獻

[1]曲圣玉.裝配式鋼結構小型場館的結構探索[J].中國建筑金屬結構，2021（04）：84-87.

[2]溫穎.基于BIM的裝配式住宅內裝部品模塊化設計研究[D].大連理工大學，2021.

[3]于陳晨.基于BIM技術的裝配式鋼結構綠色公寓設計研究[D].山東建筑大學，2020.

[4]葉苑青.某大廈項目模塊化設計應用實踐[J].廣東土木與建筑，2020，27（05）：31-33.

[5]王文靜，李志武，于春義，張慶昱，葉浩文，李振寶.裝配式非永久性模塊化鋼結構居住類建筑的集成設計方法研究[J].城市建筑，2020，17（13）：126-131+151.